1036
Британські біофізики вперше отримали детальні зображення двох подвійних спіралей ДНК, які лежать поруч і вирівнюють свої борозенки майже як зубці застібки-блискавки. Така конфігурація була теоретично передбачена понад двадцять років тому, але досі її не вдавалося побачити безпосередньо з достатньою роздільною здатністю. Нові дані дають конкретну структурну підказку до давньої загадки: як дві молекули ДНК із однаковим негативним зарядом можуть зближуватися настільки, щоб їхні поверхні взаємодіяли.
Дослідження провели фахівці Університетів Шеффілда та Йорка. Вони використали високороздільну атомно-силову мікроскопію, яка дозволяє сканувати поверхню молекул у рідині. На зображеннях вдалося розрізнити великі та малі борозенки, що спірально проходять уздовж кожної подвійної спіралі, і побачити ділянки, де дві молекули розташовуються поруч у дуже впорядкованій конфігурації.
Іони створили між спіралями своєрідні «сольові містки»
Звичайна ДНК заряджена негативно, тому дві її молекули мають електростатично відштовхуватися одна від одної. Проте у клітинах генетичний матеріал упакований надзвичайно щільно, а під час генетичної рекомбінації відповідні ділянки ДНК мають знаходити одна одну й зближуватися. Саме цей парадокс і намагалися пояснити дослідники.
Найдетальніші мікроскопічні зображення отримали за присутності іонів нікелю. На більших ділянках команда також досліджувала взаємодію ДНК з іонами магнію та кальцію. Комп’ютерні симуляції показали, що двовалентні позитивно заряджені іони можуть одночасно взаємодіяти з двома сусідніми спіралями й утворювати між ними так звані сольові містки.
Особливо міцні контакти формувалися тоді, коли збігалися малі борозенки двох подвійних спіралей. У такій геометрії іон опиняється в положенні, де може зв’язуватися з обома молекулами через вузький проміжок між ними. Це й створює умови, за яких дві негативно заряджені структури перестають просто відштовхуватися і можуть тимчасово утримуватися разом.
Послідовність ДНК теж вирішує, де «блискавка» застебнеться
Моделювання показало, що стабільність контакту залежить не лише від наявності іонів, а й від конкретної послідовності нуклеотидів. У присутності нікелю особливо стійкі взаємодії були пов’язані з короткою послідовністю GTAC. Магній і кальцій також могли підтримувати вирівнювання, але формували інші мережі іонних містків.
Це означає, що в геномі можуть існувати ділянки, де зближення двох молекул ДНК відбувається легше. Автори припускають, що подібні «гарячі точки» можуть бути важливими для початкових етапів генетичної рекомбінації — процесу, під час якого відповідні ділянки ДНК знаходять одна одну й обмінюються генетичним матеріалом.
Водночас науковці наголошують: просте доторкання двох спіралей ще не означає, що вони знайшли повністю відповідного партнера. На мікроскопічних зображеннях спостерігали різні конфігурації, і далеко не всі вони сумісні з точним вирівнюванням однакових послідовностей уздовж великої ділянки. Ймовірно, початковий контакт і подальше «застібання» — це різні етапи.
Досліди проводили з очищеною ДНК у контрольованих лабораторних умовах. Усередині живої клітини ситуація набагато складніша: генетичний матеріал намотаний на гістони, взаємодіє з великою кількістю білків і постійно змінює просторову організацію. Тому нова робота не доводить, що саме такий механізм повністю пояснює упаковку ДНК чи рекомбінацію в клітині. Але вона вперше показує саму структурну конфігурацію, яку понад двадцять років існувала лише як модель, і дає конкретний механізм для подальшої перевірки.
